2015年9月,孫穎莎進(jìn)入國家二隊。2017年1月20日,孫穎莎入選女子乒乓球一隊。
2017年6月14日,2017年國際乒聯(lián)日本公開賽,在女單資格賽第一輪的較量中,孫穎莎4-0完勝中國臺北的黃郁雯,這是中國隊00后小將在正式大賽中的首場勝利。
6月17日,在女雙決賽中,陳幸同/孫穎莎對陣韓國的田志希/梁夏銀。陳幸同/孫穎莎在先丟兩局的情況下3-2逆轉(zhuǎn)擊敗田志希/梁夏銀,獲得本屆日本公開賽的女雙冠軍。6月18日,在女單決賽中,孫穎莎4-3戰(zhàn)勝陳夢奪冠。6月25日,2017年國際乒聯(lián)巡回賽中國公開賽,在女單決賽中,孫穎莎1:4不敵丁寧,最終收獲女單亞軍。
9月24日,2017年國際乒聯(lián)奧地利公開賽,在女雙決賽中,陳幸同/孫穎莎3-2擊敗日本的組合橋本帆乃香/佐藤瞳奪冠。2017年12月,世界青年乒乓球錦標(biāo)賽,孫穎莎在女團(tuán)、女雙、混雙、女單四個項目的比賽中勇奪三金。中國女團(tuán)在決賽中3:1戰(zhàn)勝日本女團(tuán)奪得首金;女雙決賽中石洵瑤/孫穎莎4-3錢天一/王曼昱勝出奪冠,女單決賽中,孫穎莎以4-3戰(zhàn)勝王曼昱奪冠。
2018年5月27日,國際乒聯(lián)世界巡回賽香港公開賽,在女子雙打中,孫穎莎/陳幸同3:0戰(zhàn)勝陳可/王曼昱奪冠。2018年7月21日,2018年韓國乒乓球公開賽混雙決賽,王楚欽/孫穎莎以1-3不敵朝韓組合張宇鎮(zhèn)/車孝心,無緣冠軍。
8月6日,孫穎莎入選第十八屆亞運會中國體育代表團(tuán)名單。2018年8月28日,在印度尼西亞舉行的雅加達(dá)亞運會乒乓球女團(tuán)決賽中,由朱雨玲、陳夢、王曼昱、陳幸同、孫穎莎組成的中國隊以3-0戰(zhàn)勝朝鮮隊奪冠 。
8月30日,混雙決賽,王楚欽/孫穎莎4-2戰(zhàn)勝林高遠(yuǎn)/王曼昱奪冠,這是中國隊參加亞運會以來獲得的第十個混雙冠軍,這也是中國隊在亞運會乒乓球比賽中,第四次以包攬冠亞軍的方式拿到混雙金牌。10月11日,第三屆青奧會,在女單決賽中,孫穎莎以4∶1戰(zhàn)勝平野美宇奪得冠軍。
10月16日,在混合團(tuán)體決賽中,孫穎莎/王楚欽以2:1戰(zhàn)勝日本隊張本智和/平野美宇奪得冠軍。
2019年4月24日,在布達(dá)佩斯世界乒乓球錦標(biāo)賽中,孫穎莎以4比1淘汰日本選手伊藤美誠,晉級女單16強(qiáng) 。4月25日,孫穎莎以4比0淘汰朝鮮的車孝心,晉級女單8強(qiáng)。4月26日,在女單1/4決賽中,孫穎莎2比4不敵王曼昱。
4月28日,孫穎莎/王曼昱4比2逆轉(zhuǎn)戰(zhàn)勝日本組合早田希娜/伊藤美誠,獲得女雙冠軍,幫助中國隊拿下第五冠,包攬本屆世乒賽所有項目的冠軍。6月16日,在國際乒聯(lián)日本公開賽中,孫穎莎以4:3戰(zhàn)勝劉詩雯,奪得女單冠軍。
7月14日,在國際乒聯(lián)澳大利亞公開賽中,孫穎莎以4:0戰(zhàn)勝丁寧,奪得女單冠軍。7月29日,在全國乒乓球錦標(biāo)賽中,孫穎莎以4比0戰(zhàn)勝朱雨玲,奪得女單冠軍。9月21日,在2019年亞洲乒乓球錦標(biāo)賽中,孫穎莎以3比0戰(zhàn)勝劉詩雯,奪得女單冠軍。
10月12日,在2019年國際乒聯(lián)德國公開賽混雙決賽中,許昕/孫穎莎以3-1擊敗王楚欽/王曼昱獲得冠軍。10月13日,女單決賽,孫穎莎以4-1擊敗伊藤美誠奪得冠軍。10月7日,2019年乒乓球世界杯團(tuán)體賽中國隊參賽名單出爐,孫穎莎入選。
11月10日,在2019年乒乓球團(tuán)體世界杯女團(tuán)決賽中,中國隊3-0戰(zhàn)勝日本隊,獲得冠軍,這也是中國女隊獲得的九連冠。
2019年11月24日,在T2鉆石賽新加坡站女單決賽中,孫穎莎4-3戰(zhàn)勝伊藤美誠,獲得女單冠軍 。
2020年3月7日,在2020年國際乒聯(lián)卡塔爾公開賽混雙決賽中,王楚欽/孫穎莎1-3不敵日本組合水谷隼/伊藤美誠無緣冠軍。